机械控制基础chap6-4.ppt

例：设PD控制系统如图，试分析PD控制器对 系统性能的影响； 第五章 控制系统的设计和校正 上式表明，当局部反馈回路的开环增益远小于 1时，该反馈可认为开路，已校正系统与未校正系统特性几乎一致； 第五章 控制系统的设计和校正 当局部反馈回路的开环增益远大于1 时，局部反馈回路的特性主要取决于反馈校正装置，校正后系统的特性几乎与被反馈校正装置包围的环节无关。 因此，适当选择反馈校正装置的形式和参数，可以消除未校正系统中对系统动态性能改善有重大妨碍作用的某些环节的影响，使已校正系统的特性发生期望的变化。 第五章 控制系统的设计和校正 若|G2(j?)Gc(j?)| 具有下图所示的特性，则就可利用反馈校正保持原系统的低频和高频特性不变（即系统的稳态性能和抗干扰能力不变）。通过将中频段改造 为G1(s)/Gc(s) ，达 到改善系统动态性 能的目的。 20lg|G2(j?)Gc(j?)| ? ?1 ?2 0 第五章 控制系统的设计和校正 反馈校正的基本作用 减小被包围环节的时间常数 Kc G2(s) Gc(s) X1(s) X2(s) 位置反馈（硬反馈） 等效环节仍为惯性环节，但开环增益及时间常数均减小1+K2Kc倍。 第五章 控制系统的设计和校正 Kcs G2(s) Gc(s) X1(s) X2(s) 速度反馈（软反馈） 等效传递函数与未校正前相同，但开环增益及时间常数均减小1+K2Kc倍。 第五章 控制系统的设计和校正 降低对被包围元件参数变化的敏感性 G2(s) Gc(s) X1(s) X2(s) 无反馈时： 若G2(s)由于元件参数的变化引起?G2(s)的变化量，则由此引起的输出变化量为： ?X2(s) = ?G2(s)X1(s) 第五章 控制系统的设计和校正 引入反馈校正后： G2(s)产生?G2(s)的变化时，输出为： 一般 |G2(s)| |?G2(s)|，则： 第五章 控制系统的设计和校正 从而： 显然，由G2(s)的变化引起输出变化量比校正前减小了|1+G2(s)Gc(s)|倍。 一般，系统不可变部分的特性，包括被控对象在内，其参数稳定性与其自身因素有关，无法轻易改变；而反馈校正装置的特性及元件的参数稳定性可由设计者选择，因而，反馈校正的这一特性可有效降低系统对参数变化的敏感性。 第五章 控制系统的设计和校正 等效替代串联校正 Kc G2(s) Gc(s) X1(s) X2(s) 位置反馈（硬反馈） 串联超前校正 第五章 控制系统的设计和校正 速度反馈（软反馈） Kcs G2(s) Gc(s) X1(s) X2(s) 串联超前校正 第五章 控制系统的设计和校正 近似速度反馈（软反馈） G2(s) Gc(s) X1(s) X2(s) ? T2， 1+ rK2 1 滞后－超前校正 特点：不降低开环增益。 第五章 控制系统的设计和校正 速度微分反馈（软反馈） Kcs G2(s) Gc(s) X1(s) X2(s) C R 滞后－超前校正 特点：不降低开环增益。 第五章 控制系统的设计和校正 反馈校正与串联校正的比较 一般，串联校正比反馈校正简单，但串联校 正对系统元件特性的稳定性有较高的要求。 反馈校正对系统元件特性的稳定性要求较低， 因为其减弱了元件特性变化对整个系统特性 的影响；但反馈校正常需由一些昂贵而庞大 的部件所构成，对某些系统可能难以应用。 反馈校正可以起到与串联校正同样的作用。 且具有较好的抗噪能力。 第五章 控制系统的设计和校正 反馈校正的设计 G1(s) G2(s) Gc(s) Xi(s) Xo(s) G3(s) H(s) 未校正时系统的开环传递函数： G0(s) ＝ G1(s)G2(s)G3(s)H(s) 第五章 控制系统的设计和校正 加入反馈校正后系统的开环传递函数： 当|G2(j?)Gc(j?)| 1时 G(s) ? G0(s) 当|G2(j?)Gc(j?)| 1时 第五章 控制系统的设计和校正 上式表明，在|G2(j?)Gc(j?)| 1的频带范围内，反馈校正装置的频率特性： Lc(?)＝ L0(?) － L(?)－ L2(?) 由于L0(j?)、 L2(j?)均为已知，而期望的开环传递对数频率特性L(j?)可以由给定的性能指标要求获得，因此，可以方便地确定出Lc(j?)。 第五章 控制系统的设计和校正 在上述综合设计过程中应当注意： 局部反馈回路必须稳定。 由于|G2(j?)Gc(j?)| 1，故在受校正频段要 求： Lc(